移动机器人SLAM的系统建模研究

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中图分类号：ＴＰ２４２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７ — ８３２０（２０１３）ｌＩ－０ｌ１９ — ０ｌ
ＭｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔＳＬＡＭＳｙｓｔｅｍＭｏｄｅｌｉｎｇ
标，表示ｋ时刻机器人车体的方向。在控制命令Ｕ和系统噪声Ｕｋ作用下是如何随时间发生变化的对于图２所示的机器人，假设有控制输入Ｉｌｋ＝［Ｖａ］施加于机器人，则机器人的离散时间运动模型可表示为：
第４０卷第１１期・学术
Ｖｏ１．４０ＮＯＶ．１１
湖
南
农
ＳＪＬ
２０１３年１１月
ＮＯＶ．２Ｏ１３
ＨＵＮＡＮＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
移动机器人ＳＬＡＭ的系统建模研究
郑丽楠
（吉林铁道职业技术学院，吉林吉林１３２２００）
ＺＨＥＮＧＬｉ－ｎａｎ
ｌｉｎＲａｉｌｗａｙＶｏｃａｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，＂Ｊｉｌｉｎ，ｉｎ１３２２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇｆ５ＬＡＭ）ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｅｑｕｉｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ－ｒｅ —
摘
要：移动机器人同时定位与地图构建（ＳＬＡＭ）实现的过程，需要设计相关的系统模型，文章描述了二维空间
ＳＬＡＭ过程的系统模型，其中包括坐标系统模型、环境地图模型、机器人位置模型、机器人运动模型、传感器观测模型以及环境特征的增广模型，为ＳＬＡＭ过程的实现提供借鉴。关键词：移动；机器人；系统建模．
ｌａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｃｅＳＬＡＭｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｅｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｍａｐｍｏｄｅｌ，ｒｏｂｏｔｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｒｏｂｏｔｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈａｒ — ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｕｇｍｅｎｔｅｄｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＳＬＡＭｐｒｏｃｅｓｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅ；ｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎｇ
图２轮式机器人模型
２移动机器人系统建模
（１）系统坐标模型。在进行移动机器人ＳＬＡＭ的研究过程中，主要用到的坐标系有：全局坐标系ｘｗ（）ＷＹＷ、机器人坐标系
（２）环境地图模型，一般环境地图由特征点组成，每个特征点由它在全局坐标系中的位置坐标ｍ：（ｘ．，ｙｉ）表示。由于ＳＬＡＭ过程中的地图创建问题实际上是对机器人工作环境中特征点的位置估计问题，而且随着时间的推移，特征点的位置将和机器人位置一起进行估计与更新，使得地图不断得到更
１前言
ＳＬＡＭ问题是移动机器人实现完全自主导航的关键，随着移动机器人的广泛应用，对移动机器人ＳＬＡＭ问题的研究具有十分重要的理论和实际应用价值。ＳＬＡＭ问题的研究涉及
很多方面，其中包括ＳＬＡＭ算法的研究、移动机器人的定位问题以及数据关联问题等，这些问题的研究都需要事先对所研究的系统进行建模，因此，本文对二维空间ＳＬＡＭ的系统模型问题进行了描述，为ＳＡＭ的研究提供借鉴。Ｌ
新。
ＸＲＯＲＹ和传感器坐标系ＸｓＯｓＹ，他们之间的相互关系如图１
Fra Baidu bibliotek所示。
（３）机器人位置模型。当移动机器人在二维空间中工作
时，其位置可以表示为一个三维的状态向量Ｘｆ：（Ｘｋｖ，Ｙ，ｋｖ］
，
其中（ｘ，ｙｋｖ）表示ｋ时刻机器人在全局坐标系中的位置坐（４）机器人运动模型。运动模型描述的是机器人位姿ｘ